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为探究磷脂酰胆碱（PC）生物合成调控对脂质和二十二碳六烯酸（DHA）产生的影响，研究人员开展了过表达磷酸胆碱胞苷酰转移酶（CCT）基因的研究。结果显示，CCT 过表达促进总脂质合成和 DHA 积累。该研究有助于阐释磷脂代谢与 DHA 产生的关联机制。
在神奇的微生物世界里，有一种名为裂殖壶菌（Schizochytrium sp.）的微生物备受关注。它就像一个小小的 “宝藏工厂”，能合成多种对人体有益的活性物质，其中二十二碳六烯酸（DHA）尤为突出。DHA 作为一种重要的多不饱和脂肪酸（PUFA），在人体的生长发育、大脑功能维持等方面发挥着关键作用，比如对婴幼儿的大脑和视力发育至关重要。
然而，目前关于裂殖壶菌合成 DHA 的具体机制，科研人员还没有完全弄清楚。尤其是磷脂代谢与 DHA 积累之间的关系，存在许多未知。磷脂是细胞膜的重要组成部分，在细胞的物质运输、信号传递等过程中扮演着关键角色，它与 DHA 的合成和积累究竟有着怎样千丝万缕的联系呢？这成为了亟待解决的科学问题。
为了揭开这个谜团，厦门大学的研究人员展开了深入研究。他们将目光聚焦在磷酸胆碱胞苷酰转移酶（CCT）上，CCT 是参与 PC 合成的关键酶，而 PC 又在 DHA 的迁移和积累过程中起着重要作用。研究人员推测，通过调控 CCT 的表达，或许能够找到解开磷脂代谢与 DHA 积累关系的钥匙。
经过一系列严谨的实验，研究人员发现，过表达 CCT 虽然对细胞生长有轻微抑制，但却显著促进了总脂质的合成。与野生型菌株相比，过表达 CCT 的菌株（SR21-CCT）中 PUFA 含量和 DHA 产量分别增加了约 49% 和 46%。这一结果令人振奋，表明 CCT 在脂质代谢和 DHA 积累过程中有着重要的调控作用。
进一步研究发现，CCT 过表达增强了磷脂的合成，特别是强化了甘油磷酸胆碱酰化和 PC 从头合成途径。这使得更多的 DHA 酯化到 PC 中，进而促进了 DHA 在三酰甘油（TAG）中的积累。此外，研究还发现，CCT 过表达影响了脂质代谢途径中关键基因的转录水平，如脂肪酸合酶（FAS）基因的转录水平下降，而链长因子（CLF）基因的转录水平上升，这导致饱和脂肪酸（SFA）比例下降，PUFA 比例上升，进一步促进了 DHA 的合成。
这项研究成果发表在《Microbial Cell Factories》上，具有重要的意义。它不仅为揭示磷脂代谢与 DHA 积累之间的关联机制提供了新的视角，也为通过调控磷脂代谢来提高 DHA 产量提供了理论依据，为微生物发酵生产 DHA 的工业化应用奠定了更坚实的基础。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是基因工程技术，通过构建含有 CCT 基因的重组质粒，并将其导入裂殖壶菌 SR21 中，实现 CCT 基因的过表达；其次利用了脂质分析技术，包括脂质提取、固相萃取（SPE）、薄层层析（TLC）和气相色谱（GC）分析，用于测定脂质含量和脂肪酸组成；此外，还运用了定量实时荧光定量聚合酶链式反应（qRT-PCR）技术，来分析脂质代谢途径中关键基因的转录水平变化。
研究结果
- CCT 过表达菌株的构建：成功扩增出 CCT 基因，并构建了重组质粒 pBlu-zeo18s-CCT，将其转化到裂殖壶菌 SR21 中，获得了过表达 CCT 的突变菌株 SR21-CCT。
- 生物量、总脂质（TLs）和 DHA 产量的变化：野生型菌株在发酵早期生长优势明显，而 SR21-CCT 菌株生长延迟，但最终两者最大生物量相似。SR21-CCT 菌株的 TLs 产量比野生型菌株增加了 20.6%，DHA 产量和生产效率在整个发酵过程中均高于野生型菌株，最高值分别比野生型菌株在 96h 时增加了 75.8% 和 83.7%。
- 脂质谱的变化：非极性脂质含量随细胞生长和脂质积累而增加，在 96h 达到峰值；极性脂质在脂质合成早期比例最高，随后逐渐下降。与野生型相比，CCT 过表达增加了极性脂质在整个细胞生长过程中的比例。
- 脂肪酸组成的变化：CCT 过表达显著降低了 SFA 比例，增加了 PUFAs 比例，导致 PUFAs/SFAs 比值升高。在非极性和极性脂质中，DHA 比例在发酵过程中逐渐增加，且 SR21-CCT 菌株中 DHA 比例在 120h 时比野生型菌株分别增加了 51.5% 和 52.6%。
- 磷脂（PL）谱的变化：PL 主要由 PC、PE、LPC 等组成，PC 约占总 PL 的一半。CCT 过表达改变了 PL 的组成，在 120h 时，SR21-CCT 菌株中 PC 含量增加，而 PI 含量降低。不同 PL 对脂肪酸的酯化偏好不同，PC 和 LPC 倾向于结合 PUFAs，PG 主要结合 SFAs。
- CCT 过表达对脂质代谢途径关键基因转录水平的影响：过表达 CCT 在 60h 时，使 CLF 基因转录水平升高，FAS 基因转录水平降低；CCT 和 CPT 基因在发酵早期表达较高，且 SR21-CCT 菌株中 CCT 转录水平更高；PDCT 和 DGAT 基因转录水平下降，GPCAT 基因转录水平在发酵后期升高。
研究结论与讨论
本研究首次探讨了 CCT 在裂殖壶菌脂质代谢中的作用。CCT 过表达通过增强 PL 合成，促进了 DHA 的积累。具体来说，增加的 PC 合成使更多非酯化 DHA 酯化到 PC 中，随后转移到 DAG 形成 DHA-TAG。同时，PL 合成的增强减少了通过肯尼迪途径在 TAG 中积累的 SFA，从而通过 PC 途径增加了 PUFA 在 TAG 中的积累。
此外，研究还发现，CCT 过表达改变了 PL 的组成，增强了 PC 从头合成途径和甘油磷酸胆碱酰化途径，促进了 DHA 向 PC 的酯化和积累。同时，CCT 过表达影响了 TAG 合成途径，抑制了肯尼迪途径，加速了 PC 向 TAG 的转化。
综上所述，该研究揭示了 CCT 在裂殖壶菌脂质代谢中的重要作用，为调控细胞代谢和脂质合成提供了新的思路，也为进一步优化 DHA 生产提供了理论依据，对微生物发酵生产 DHA 的研究和应用具有重要的指导意义。
